【正文】 Fuel cell based traction drive with supercapacitor power boost control． International Conference on Electrical Systems for Aircraft， Railway and Ship Propulsion， ESARS 20xx 30 Camara， Mamadou Ba239。而且溫度會(huì)造成電壓與電流的變化。電壓 Vo 表示如下： ? ? ee tt VoCC CVCVotVo ?? ?? ???????? ??? ???? )0(123 2)0(3)0( （ ） V 表示為： ? ? ee tt VCC CVCVotV ?? ?? ???????? ??? ???? )0(123 2)0(3)0( （ ） 以上式子中 Vo(0)是 Vo在每個(gè)周期開(kāi)始時(shí)的起始電壓，同理 V(0)是 V 在每個(gè)周期開(kāi)始時(shí)的起始電壓。 在R1=， R2= Ip=；當(dāng) R1=， R2=20K時(shí)最大脈沖電流Ip=；當(dāng) R1=， R2=22K時(shí)最大脈沖電流 Ip=；當(dāng) R1=， R2=30K時(shí)最大脈沖電流 Ip=； R1=， R2=46K時(shí) Ip=,經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)可以知道當(dāng) R1不變時(shí)，隨著 R2的增大流過(guò)電容器 C1的最大脈沖電流是增大的。 獨(dú)立的超級(jí)電容器自?xún)?chǔ)能充電電路包括一個(gè)自啟動(dòng)、自供電電路和一個(gè)前饋控制的 boost 變換器。因?yàn)樵谝粋€(gè)周期中電容存在兩個(gè)過(guò)程，即充電和放電過(guò)程，所以電容 C的電流平均值為 0。并且當(dāng)前世界很多國(guó)家進(jìn)一步展開(kāi)了對(duì)電荷泵電路的研究，力求減小電荷泵的噪聲、降低功率損耗、增加輸出功率。當(dāng)四個(gè)開(kāi)關(guān) S S S3和 S4在振蕩器的控制下 以較高的頻率開(kāi)斷和閉合時(shí)，輸出的電壓為負(fù)值。在實(shí)際生活中我們通常會(huì)用電容來(lái)存儲(chǔ)電能或者電荷，并且電容會(huì)按一定的時(shí)間和速度發(fā)電。 在 20 世紀(jì)末隨著 關(guān)于電磁式振動(dòng)發(fā)電機(jī) 第一篇的 發(fā)表，各國(guó) 便紛紛投入 對(duì)電磁式振動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的研究。由于性 能的穩(wěn)定、價(jià)格的低廉、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，并且超級(jí)電容器制備材料和制造工藝的不斷進(jìn)步， 眾多 企業(yè) 對(duì)超級(jí)電容器 的 研究 ，這 些都 促 使 了超級(jí)電容器在 很多行業(yè) 的 大量 應(yīng)用。 20世紀(jì)八十年代末，為了縮小 DC/DC變換器的體積，研究人員提高了開(kāi)關(guān)器件的工作頻率，但這也使其轉(zhuǎn)換效率隨之降低、增大了電磁干擾、增加了發(fā)熱。 超級(jí)儲(chǔ)能電容器的國(guó)內(nèi)發(fā)展情況 我國(guó)超級(jí)電容器的研究比較晚， 20世紀(jì) 80年代我國(guó)開(kāi)始對(duì)超級(jí)電容器 展開(kāi) 研究，法拉級(jí)別的超級(jí)電容器 首先是由 中國(guó)電子科技集團(tuán)第四十九研究所研制出 ， 主要 用于電力電子電路 ，這 為以后對(duì)超級(jí)電容器的研究奠定了基礎(chǔ)。 、圖表要求： 1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書(shū)寫(xiě)字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別 字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫(xiě) 2）工程設(shè)計(jì)類(lèi)題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。對(duì)本研究 提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。在仿真基礎(chǔ)上 分析比較 在 電阻等參數(shù)值 不同情 況下 所設(shè)計(jì) 仿真 電路的 電壓 、電流 等性能 ， 并且 并為以后的研究奠定了基礎(chǔ) 。 20xx 年北京奧運(yùn)會(huì)和殘奧會(huì)期間應(yīng)用超級(jí)電容 器，將 “當(dāng)當(dāng)車(chē)”重新投入使用，它吸引了世界眾多游客 ，令游客嘆為觀止。這種技術(shù)的好處在于它使得開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)速度在不高的條件下 DC/DC的轉(zhuǎn)換效率得到了提高。 圖 21 振動(dòng)發(fā)電機(jī)能量采集電路設(shè)計(jì)總體思路 由圖 21 可知，本課題總體上是由四部分構(gòu)成的即微型振動(dòng)發(fā)電 機(jī)提供電能，由于發(fā)電機(jī)提供的是交流電所以必須經(jīng)過(guò)整流，即 AC/DC,經(jīng)過(guò)整流的直流電還要經(jīng)過(guò)斬波，即直流變直流，然后提供給負(fù)載或是給超級(jí)電容器充電。美國(guó) 一所著名 大學(xué)研制 出以低頻振動(dòng)為能量來(lái)源的 微型振動(dòng)發(fā)電機(jī)， 這種發(fā)電機(jī)優(yōu)點(diǎn) 是它的靜電換能部分 是 基于硅的 MEMS工藝加工制造 的 ， 而且能 良好地與硅基微電子技術(shù)兼容 。 INccc UUUU ??? ?? 111 () S1和 S2在第二 個(gè)階段中處于打開(kāi)狀態(tài)，而 S3和 S4閉合，而此時(shí)的輸出電壓變?yōu)榱溯斎腚妷旱?2倍，這是因?yàn)殡娙輧啥说碾妷翰荒芰⒖掏蛔冊(cè)斐傻摹? （ 2）因?yàn)樗妮斎腚娏鞣逯岛艽螅杂性肼暋?而在圖 26(b)中當(dāng) VT的關(guān)斷時(shí)間結(jié)束后， VT就會(huì)處于導(dǎo)通狀態(tài)，進(jìn)而重復(fù)以上過(guò)程。 圖 27 Boost變換器電流連續(xù)下的波形 Boost變換電路在電流臨界連續(xù)時(shí)的波 形如下圖 28所示，從圖中可以知道此時(shí)流過(guò)二極管 VD的電流平均值可表示為： ? ? ? ?L TUiI oLVD 21121 ??? ????? () 所以我們可以得知當(dāng)電感電流連續(xù)時(shí)必須滿(mǎn)足 VDo II ? ，此式也是電感電流 連 臨界條件。在每個(gè)充電過(guò)程的開(kāi)始，超級(jí)電容器端的電壓 Vo1 在它允許的最大工作電壓以下，Vo1 在每個(gè)充電過(guò)程結(jié)束時(shí)增加到最大穩(wěn)態(tài)電壓。 經(jīng)過(guò)分析與研究用 Multisim軟件對(duì)鋸齒波電路進(jìn)行了仿真，圖 36就是鋸齒波的產(chǎn)生電路 。 T/ms U/V 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20 圖 39 電壓 Vo、 V 和 Vo1 的波形 在圖 310 中描述的是流過(guò)電感 L1的電流變化的波形， 從圖中可以看出流過(guò)電感L1 的電流是脈動(dòng)的，在充電過(guò)程開(kāi)始時(shí)隨著時(shí)間的增長(zhǎng)電流的變化很大，在充電過(guò)程結(jié)束時(shí)電流的變化幾乎不變，但是電流仍然有脈動(dòng)。 最終在仿真電路的基礎(chǔ)上對(duì)儲(chǔ)能電路進(jìn)行了分析， 經(jīng)過(guò) 對(duì)電路 的暫態(tài) 分析可以得出以下結(jié)論： (1)在 R2 不變R1 變化時(shí)，隨著 R1的最大，電壓 Vo1 增大； (2)在 R1不變 R2變化時(shí)，隨著 R2 的增大， Vo1 減??； (3)在 R2 一定而 R1在一定范圍變化時(shí)，隨 R1 的增大，電壓 Vo 變小。 在 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 期間， 曹老師 耐心 聽(tīng)取工作 進(jìn)展 ，并適時(shí)提出 非常 寶貴 的 意見(jiàn)對(duì)我進(jìn)行 諄諄 的教誨，從前期報(bào)告 一直 到畢業(yè)論文曹老師對(duì)我 提出的問(wèn)題 進(jìn)行了指導(dǎo)使我 順利完成了 本論文的一切 工作。 Journal of Power Electronics (a) R1=22K (b) R1=15K (c) R2=46K 圖 317 (a)(b)(c)電阻 R1 不同時(shí)電壓 Vo 的波形 由圖 317得在 一定時(shí)間內(nèi) 電阻 R1不同時(shí)電壓 Vo 會(huì)發(fā)生變化，而且在電阻 R1=46KT/ms T/ms T/ns U/V U/V U/V 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 24 時(shí)電壓 Vo 幾乎是不變的 ,而且在仿真中當(dāng) R1=10K 時(shí) Vo 也是幾乎不變的。 I/A T/ms 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 18 圖 36 鋸齒波產(chǎn)生電路的仿真 基于 Boost變換器的儲(chǔ)能電路 仿真 基于 Boost變換器的自供電超級(jí)電容器儲(chǔ)能 仿真 電路 本部分在基于前饋 Boost 變換電路的基礎(chǔ)上 發(fā)展而來(lái)的， 圖 37 是本課題所要設(shè)計(jì)的電路，此仿真電路也是采用了 LTspice 仿真軟件與圖 1 所不同的是圖 37 除了具有圖 31Boost 變換器的升壓功能外，圖 37 又具有自啟動(dòng)的功能。由圖 32可以知道 Boost變換器實(shí)現(xiàn)了升壓的功能。因此超級(jí)儲(chǔ)能電容器因?yàn)闊o(wú)污染易于充放電在采集器中被用作儲(chǔ)能單元。與此同時(shí)電源也向負(fù)載供電，電容 C被充電。 但是尺寸小也帶來(lái)了問(wèn)題比如尺寸小的產(chǎn)品的散熱能力比尺寸大的產(chǎn)品差，同時(shí)這些便于攜帶的產(chǎn)品一般都具有無(wú)線電電路和射頻接收器，因此對(duì)噪聲很敏感。當(dāng) C1在輸入和地之間時(shí)， HOLDC 會(huì)放電。 電荷泵電路的基本理論 電荷泵的基本原理 現(xiàn)代生活中隨著各式各樣電子產(chǎn)品的應(yīng)用和發(fā)展，對(duì)電源管理芯片的要求越來(lái)越高。 通過(guò)電場(chǎng)從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的微型振動(dòng)發(fā)電機(jī)是電磁式發(fā)電機(jī)。而在生產(chǎn)生活中用的蓄電池儲(chǔ)能雖然已經(jīng)廣泛應(yīng)用于分布式發(fā)電系統(tǒng)、 UPS 電源等方面，但蓄電池本身有 缺點(diǎn) 如循環(huán)壽命短、功率密度低。 1970年以后，由于電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，市場(chǎng)上出現(xiàn)了各種 各樣的可控制的電力電子全控型器件。 超級(jí)電容器 早先 是一種建立在界面雙電層理論基礎(chǔ)上的電容器，這種理論是由德國(guó)物理學(xué)家亥姆霍茲提出的。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán) 使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 基于 Boost 變換器的儲(chǔ)能電路仿真 ..................................... 18 結(jié)論 .................................................................. 25 參 考 文 獻(xiàn) ........................................................... 26 致 謝 ................................................................ 28 河北工業(yè)大學(xué)城市學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 1 引言 超級(jí)儲(chǔ)能電容器的國(guó)內(nèi)外 發(fā)展情況 超級(jí)儲(chǔ)能電容器的國(guó)外發(fā)展情況 超級(jí)電容器是一種電化學(xué)元件， 根據(jù)工作原理的不同 我們通常 可以將 它 分為兩種不同的 類(lèi)型，即雙電層電容器和法拉第準(zhǔn)電容 器 。 表 11 國(guó)內(nèi)外超級(jí)電容器的參數(shù)對(duì)比 電容量 /電壓 ESR (mΩ ) (mΩ .F) 額定電流 / 峰值電流 (A) 漏電流 (mA) 體積 (m3) NESS 600F/ 1700F/V 3500F/ 08 480 1105 1575 145/500 371/1048 700/1718 5 9 14 90x60x28 165x60x28 165x60x52 富辰 100F/ 600F/ 3500F/ 9 900 360/420 875 22/64 150/570 781/2305 200 2 8 90x25x46 90x60x28 165x60x52 集星 600F/ 1800F/ 2400F/ 1080 2160